不同饱和度尾砂胶结充填体损伤破坏机理研究

发布时间：2020-06-14 18:06

【摘要】：我国矿产资源分布广泛,地下金属矿山数量多、分布广。不同矿山之间或同一矿山不同中段间水文环境差异巨大,胶结充填体常作人工矿柱、顶板、底板等关键承载结构时,处于不同含水状态下,而水是影响岩石、混凝土承载性能的关键因素。本文以不同含水梯度下尾砂胶结充填体为研究对象,在RMT-150C岩石力学试验系统上对五组不同饱和度下的尾砂胶结充填体进行单轴压缩声发射试验,探究不同含水梯度胶结充填体损伤演化及强度特性,结合XRD、SEM等细观测试手段,分析了水对充填体损伤的作用机理。采用损伤声发射表征与损伤本构模型联合分析了不同饱和度充填体损伤演化规律。(1)不同水含量梯度下,充填体内提供强度的钙矾石与C-S-H凝胶生成量存在差异,致使胶结充填体微观结构形貌差别,60%饱和度下胶结充填体生成钙矾石、凝胶数量更高,产状更好,充填体结构整体紧密性最强。低饱和度下,缺水抑制了水化反应;高饱和度下,生成物与孔隙水中离子进一步参与反应导致孔隙增大,进而降低了结构紧密性。(2)不同饱和度尾砂胶结充填体损伤破坏过程具有:(1)原生微裂隙压密闭合;(2)线弹性变形;(3)裂隙稳定发育;(4)裂隙快速发育交汇四个阶段特征。饱和度的升高,充填体试样的峰值强度、应变与特征应力值呈现下降趋势,弹性模量呈上升趋势,仅60%饱和度胶结充填体因内部结构致密、稳定,强度要高于其余各组试样。随着饱和度的升高,胶结充填体由单斜面压-剪破坏,经条形破裂模式过渡到饱和状态的爆裂模式。(3)不同饱和度胶结充填体承载声发射具类岩石材料的阶段特性,初期出现少量声发射信号,弹性阶段平稳,损伤阶段声发射快速增加,失稳破坏时急剧增加。饱和度高的充填体声发射信号密集度明显小于饱和度低的试样,含水量的增加软化了胶结充填体,水也抑制了声发射信号的传播。建立了声发射特征参数表征胶结充填体损伤的量化关系式。(4)研究得到了不同饱和状态下的胶结充填体单轴压缩破坏前期的本构模型,模型对饱和度更高的充填体应力-应变关系描述更加准确。(5)基于声发射参量充填体承载损伤表征与损伤本构关系研究表明,饱和度高的胶结充填体峰值强度前,损伤演化更快,水促进了胶结充填体的损伤演化过程,加速了破坏前裂隙损伤演化。
【学位授予单位】：江西理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TD853.343
【图文】：

图 1.1 2003 年—2014 年尾矿库事故死亡人数统计图图 1.2 不同原因导致尾矿库事故统计分布图着充填采矿技术的发展，人们对充填机理的进一步了解，矿山由等干式充填与水力充填逐步过度到尾砂、胶凝材料等物质组成的。胶结充填可采用自流、泵压或管道输送。表 1-1 三种充填方法的特征[5]

图 1.2 不同原因导致尾矿库事故统计分布图充填采矿技术的发展，人们对充填机理的进一步了解，矿山干式充填与水力充填逐步过度到尾砂、胶凝材料等物质组成胶结充填可采用自流、泵压或管道输送。表 1-1 三种充填方法的特征[5]填方式 组成材料 典型输式充填掘进或采场废石、砂石、土壤等人工、重力与设备力充填细砂石、河沙、尾砂矸石、胶凝材料等自然压头或砂道输送结充填水、尾砂、碎石、胶凝材料、矸石等自流或泵压，胶结充填体是由骨料与胶凝材料依据矿山所需充填体强度要，区别于工业混凝土使用砾石与碎石作粗骨料，河沙做细骨以矿山尾砂作骨料，胶凝材料大多选用较为经济的硅酸盐水

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本文编号：2713162